從光波到光子---勢能消失的背後。。。

戴榕菁

光在我們的四維自然界中占有非常特殊的地位。有關光的特性的研究產生了相對論而且也為量子論的研究奠定了基礎。但是，隨著狹義相對論的被否認，可以預見人們也將隨著對於光的特性的重新認識而對量子論的相關結論產生疑問。

盡管現代物理學界聲稱量子場論是描述光的最正確的理論，在現實生活中，不但經典的麥克斯韋電磁場理論顯然仍是人們用來認識和解決與光有關的實際問題的主要依據，而且量子論中有關光速的計算也仍來源於麥克斯韋的公式。

麥克斯韋方程可以用電磁勢能表示為：

E+∂A/∂t=−∇φ           （1）

B=∇×A                  （2）

其中，φ和A分別為電場與磁場的勢，它們對應的就是電場與磁場的勢能。可見，在經典物理中，電磁場是有勢能的，因而作為電磁場的傳播的光波動方程就是在這個基礎上推導出來的，也就是說在麥克斯韋的時期是沒有否定光的勢能的。

但是，來到量子論後，在代表光子的拉格朗日函數中將對應著（1）和（2）中的電磁勢的導數的項(∂?A?-∂?A?)(∂?∂A?-∂?∂A?)/16π詮釋為動能項，而對應著勢能的A的平方項則因為光子不具有質量而被設為零，也就是說在量子論中光子被認為隻有動能而沒有勢能的。

那麽，是什麽原因使得經典的麥克斯韋理論中的光波的勢能到了量子論中的光子就消失了呢？答案是：狹義相對論。

麥克斯韋理論是狹義相對論的出發點。在那裏光還是有勢能的。即便是在狹義相對論之前就推導出與E=mc²實際上一樣的公式的龐加萊在他推導該公式的文章【[1]】中也認定光具有勢能U。而量子論則是狹義相對論的一個應用，在那裏因為狹義相對論不允許光子具有質量而使得光子失去了勢能。

不過，不久前academia.com的一位被我在中文文章中稱為醉拳師傅的Henri在他的一篇文章【[2]】中，通過讓光子具有質量而得出了在相同溫度下比基於狹義相對論和量子力學的CMB理論對宇宙微波背景輻射大出6%左右的頻率來，這使得他的結果所對應的哈勃常數應該比CMB理論更接近之前由亮度階梯對哈勃常數計算的結果（【[3]】,【[4]】,【[5]】, 【[7]】,【[8]】,【[9]】,【[10]】,【[11]】,【[12]】,【[13]】）。這不得不使人在已知狹義相對論是錯誤的前提下開始對於光子零質量的假設的合理性產生質疑，而一旦光子的零質量假設被否定的話，那麽光子的零勢能也就將失去依據。。。。。。

 

---

【[1]】 Poincaré， H. （1900）The Theory of Lorentz and The Principle of Reaction. Archives nèerlandaises des Sciences exactes et naturelles, series 2, volume 5, pp 252-278 (1900). Retrieved from: http://www.physicsinsights.org/poincare-1900.pdf

【[2]】 Corniere， H. (2022). “The Great Power of Prediction from a Massive Photon Hypothesis”. Journal of Advances in Physics Vol 20 (2022) ISSN: 2347-3487. Retrieved from: https://www.academia.edu/s/557240e651

【[3]】戴榕菁，光子的質量

【[4]】戴榕菁，差點看走眼。。。。

【[5]】戴榕菁，宇宙微波背景的一個牛公式。。。

【[7]】戴榕菁，重大突破前替奇妙的醉拳師總結一下

【[8]】戴榕菁，重大糾錯

【[9]】戴榕菁，莫非下一條真正的大魚是它？

【[10]】戴榕菁， 醉拳師傅與百年鬧劇

【[11]】戴榕菁，量子論對狹義相對論的致命的依賴

【[12]】戴榕菁，迫切需要的調查與迫切需要的學科

【[13]】戴榕菁，希格斯粒子的生成及其它。。。。